В последние годы ученые обнаружили, что серьезные инфекции, которые быстро прогрессируют и не поддаются лечению, часто вызываются взаимодействием нескольких микробов друг с другом. Об этих так называемых полимикробных инфекциях известно очень мало, но традиционные методы диагностики часто ошибочно определяют их как мономикробные или мономикробные инфекции.
Новое исследование, проведенное группой ученых, в которую вошли исследователи из Университета Мэриленда и Медицинского отделения Техасского университета, использовало генетический анализ, чтобы показать, как два разных штамма одного вида плотоядных бактерий работают вместе, чтобы становятся более опасными, чем любой из штаммов в отдельности. Исследование было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences 11 ноября 2019 года.
«Это исследование предоставляет четкие доказательства того, что очень серьезная инфекция, которая, как считается, была вызвана одним видом встречающейся в природе бактерии, на самом деле имела два штамма», - сказала Рита Колвелл, заслуженный профессор Университета Мэрилендского института. Advanced Computer Studies и соавтор исследования. «Один из штаммов вырабатывает токсин, который разрушает мышечную ткань и позволяет другому штамму мигрировать в кровеносную систему и заражать органы».
Первоначальная инфекция, полученная от пациента, у которого развилась тяжелая болезнь, связанная с поеданием плоти, известная как некротизирующий фасциит, была диагностирована как мономикробное заболевание. Традиционная диагностика могла только определить, что инфекция была вызвана одним видом бактерий, называемым Aeromonas hydrophila. Но болезнь сбила с толку клиницистов, когда она быстро стала смертельной и потребовала четырехкратной ампутации, чтобы спасти жизнь пациента. С помощью генетического анализа культуры Колвелл и ее команда обнаружили важные различия между отдельными бактериальными культурами, которые невозможно было обнаружить с помощью стандартных методов диагностики.
В двух предыдущих статьях Колвелл и ее коллеги выделили и идентифицировали два генетически различных штамма бактерий, вызвавших инфекцию. Они назвали эти штаммы некротизирующим фасциитом 1 (NF1) и некротизирующим фасциитом 2 (NF2). В лабораторных исследованиях ни один из штаммов сам по себе не вызывал смертельной инфекции. Но когда штаммы были объединены, получившаяся инфекция стала смертельной.
В текущем исследовании исследователи манипулировали генетическими компонентами каждого штамма. Когда они поменяли местами генетические компоненты, которые различались между штаммами, команда смогла заставить NF1 вести себя как NF2 и наоборот. Испытывая мутантные штаммы на мышах, команда определила, как генетические вариации влияют на способность каждого штамма вызывать инфекцию и взаимодействовать с другим штаммом.
Три объединенных исследования рисуют четкую картину того, как NF1 и NF2 ведут себя как при отдельных инфекциях, так и при их сочетании. При инфекциях, вызванных одним штаммом, NF1 остается локализованным, не распространяется в кровоток или органы и уничтожается иммунной системой хозяина. Однако NF2 вырабатывает токсин, который разрушает мышечную ткань и позволяет ей распространяться в кровоток или органы.
Когда штаммы встречаются вместе, история переворачивается. При мультиштаммовых инфекциях токсин, вырабатываемый NF2, разрушает мышечную ткань и позволяет NF1 попасть в кровоток или органы, где он становится смертельным. Кроме того, NF2 остается локализованным и не имеет возможности распространяться, потому что при контакте со штаммами NF1 NF1 вводит в NF2 компонент, убивающий его.
«Мы в восторге от этой очень элегантной детективной работы, - сказал Колвелл. «Теперь у нас есть возможность с помощью метагеномики определять отдельные инфекционные агенты, участвующие в полимикробных инфекциях. С помощью этих новых мощных методов мы можем определить, как микробы работают вместе, будь то бактерии, вирусы или паразиты».
Возможность идентифицировать возбудителей полимикробных инфекций, независимо от того, относятся ли они к разным видам или вариантным штаммам одного вида, может значительно улучшить результаты лечения инфицированных пациентов.
«Когда мы лечим данным антибиотиком, мы очищаем организм от организма», - сказал Колвелл. «Но если есть другой организм, который участвует в инфекции и также является патогенным, то любое лечение антибиотиками, которое не нацелено на этот организм, может просто расчистить почву для его безумного роста».
Лечение только одного микроорганизма при полимикробной инфекции может быть причиной многих вторичных инфекций и хронических инфекций, которые не поддаются лечению. По словам Колвелла, для лечения полимикробных инфекций может потребоваться комбинация антибиотиков или терапевтических препаратов. Регулярное использование геномного подхода, разработанного в этом исследовании, для анализа инфекций может привести к более эффективному целенаправленному лечению заболеваний, вызванных полимикробной инфекцией.